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1、大连理工大学本科外文翻译用于测量开放路径光散射的数字锁相放大器发展DevelopmentofaDigitalLock-inAmplifierforopen-pathlightscatteringmeasurement学院（系）：电子科学与技术学院专业：集成电路设计与集成系统学生姓名：霍昶全学号：指导教师：巢明完成日期：2014.03.01大连理工大学DalianUniversityofTechnology用于测量开放路径散射光的数字锁相放大器的发展RoseDaviesandGuyMeuli工程与先进技术学院梅西大学，惠灵顿校区
2、惠灵顿，新西兰摘要:数字锁相放大器的研制用于改善测量来自微粒散射光的品质,例如,排放的柴油微粒。这种数字锁相放大器的特点是:在一个非常复杂的信号背景下能产生一致的信号;并能够从一个快速移动的信号源中作出准确的测量,有对参考频率非常少的限制的优势，并有强大应对变化的参考频率的能力,这些优点往往模拟锁相放大器没有的;因此，制造出低成本并联通道锁相放大器用于从一个宽泛的散射角度测量散射光成为了可能。进行了一系列的实验室测试后，测试结果表明,该数字锁相放大器相较于模拟放大器有更低的噪声和更稳定的信号。它有潜在的能力用于测量移动粒子的散
3、射光。关键词——数字锁相放大器；频率；测量1引言一个开放光散射系统的开发用于实时分析柴油机在双排气管处排放微粒的颗粒大小分布[1]。因为开发本系统的目的是在开放的环境下测量粒子的散射光,这要求系统必须能够在一个有移动和稀释的排气流的强光学噪声背景下检测出微弱的散射光信号。一个定制的6通道锁相放大器在系统需要被用到以满足它的需求。初步研究结果显示了它的潜力[2]。但是,要有一部分粒子的速度被限制用于放大器确定散射光,并要把所有的来自不同通道不同增益的信号保持同相稳定是不易的。此外,有超过20个通道需要被用于精确测量微粒的尺寸。这
4、样的话，对于一个模拟锁相放大器系统来说太庞大了,而且20多个信号通道成本太高了。因此决定用数字锁相放大器开发这个系统。有很多数字锁定放大器的应用,例如,Sonnaillon[3]、Libbrecht[4]、Barragan[5]的作品等。它们表明,这些专门开发的数字锁定放大器比模拟的有更多功能,并且它们能承担的任务模拟锁相放大器往往是不可能的实现的。为了适合移动的柴油机排放微粒的散射光测量系统，数字锁定放大器的发展应该有一个小的时间常数并能使用灵活的工作参考频率。本文中描述的工作集中于数字锁定放大器的开发,从而满足这个特定应用
5、的需求。数字锁相放大器使用的软件是虚拟仪器,常用在我们学校的工程课程中。这使的我们的数字锁相放大器成本很低。锁相过程特点的实验室测试用于比较数字和模拟放大器分别检测的信号的品质2数字锁相放大器的基本方面锁相放大器是通过同步解调的过程检测信号。无关的信号，即不同步的参考,是不会被接收的。锁相放大器实现这些是通过比较输入信号和参考信号的相位与振幅。来自干扰源的信号与参考信号相比是不会有相同频率和相位关系的，它们将不会被相敏检波器(PSD)所接收[6]。这使得背景噪音得以消除。从本质上讲,PSD是通过参考信号增加了一个输入信号。然后
6、合成信号被整合在一个特的时间段来检索“清洁”输入信号---直流输出信号。这个过程的数学描述是公式中Vout（t）是直流输出信号；fref是参考频率；Vin（t）是“分割”的输入信号；T是指定的积分时间。对于一个模拟锁相放大器来说，低通滤波器用于检索“清洗”直流输出信号[7]。低通滤波过程可以集成/平均等效。低通滤波器功能的相关时间常数将被特定的积分时间所代替。时间常数的数值越大,输出将会变得“干净”或者平滑。而通常模拟锁相放大器的“时间常数”至少要是参考信号的50倍以确保低噪“干净”的输出。通常数字锁相放大器采用数字处理器进行
7、低通滤波,数字处理器给出一个高质量的参考信号同时消除在一个模拟锁相系统中温度漂移的影响以防止引起进一步的问题。但是,在模拟和数字锁相过程中都需要足够大的时间常数,以确保低通滤波器的输出“光滑”。用于柴油机排放微粒开放路径散射光的测量是有针对性的应用程序,这些时间常量不能满足该应用程序的需求。因此需要使用整合的过程,积分时间T是我们数字锁定放大器的重点。3数字锁相放大器的设计数字锁相放大器的设计可以分为两部分：硬件和软件。A．硬件硬件利用发达的原始设置的开放路径光散射系统[1]。氩激光——MellesGriot43系列离子激光器
8、(488纳米)用于提供光源。然后激光束经过光学分束器和一个四米开放空间到达散射光探测器。光学分束器的目的是生成一个周期性参考信号,同时产生与射向光探测器的参考信号频率相同的光信号。国家仪器数据采集卡数字化检测和虚拟仪器软件使用的参考信号。这个设置如框图1所示。B.软件数字锁定
